В не столь отдаленном будущем устройства небольшой мощности, такие как датчики IoT, смогут обойтись без проводов и батарей, поглощая нужную энергию из внешней среды, благодаря инновационному термоэлектрическому материалу на железной основе, который был создан в лаборатории Института физики твёрдого тела Токийского университета.

«До сих пор все исследования термоэлектрической генерации были сконцентрированы на устоявшемся, но ограниченном эффекте Зеебека, — сказал профессор Сатору Накацудзи (Satoru Nakatsuji). — Мы, напротив, сосредоточились на сравнительно менее известном явлении, называемом аномальным эффектом Нернста (ANE)».

ANE генерирует разность электрических потенциалов перпендикулярно направлению градиента температуры на поверхности подходящего материала. Этот эффект может помочь упростить конструкцию термоэлектрических генераторов и повысить их эффективность преобразования, если нужные для него материалы станут более доступными.

Используя процесс, называемый легирование, японские инженеры создали материал, состоящий на 75 процентов из железа и на 25 процентов из алюминия или галлия. В испытаниях полученные образцы генерировали в 20 раз больше напряжения, чем контрольные образцы, не подвергнутые легированию.

Новый материал привлекателен дешёвыми и нетоксичными составляющими элементами, а также с тем, что термоэлектрогенератор из него может быть изготовлен в виде тонкой и гибкой пленки, наносимой на автономные датчики или в труднодоступных местах, где непрактично было бы использовать батареи.

Авторы особо отметили важную роль в их исследовании вычислительных методов, значительно сокративших время, прошедшее от идеи до её успешного воплощения в жизнь.

«Численные расчеты внесли большой вклад в наше открытие; высокоскоростные автоматические расчеты помогли найти подходящие материалы для тестирования, — заявил Накацудзи. — А вычисления «от первого принципа», базирующиеся на квантовой механике, ускорили процесс анализа электронных структур, так называемых узловых сетей, которые имели критическое значение для наших экспериментов».

Источник: ko.com.ua